FR2873168A1

FR2873168A1 - Jet engine for military aircraft, has afterburner with ignition injector opposite to spark plug and connected to conduit delivering fuel to injector under controlled pressure independent of supply conditions of annular fuel injection ramp

Info

Publication number: FR2873168A1
Application number: FR0407909A
Authority: FR
Inventors: Sebastien Pierre Louis Baboeuf; Sabine Constance Mau Charpenel; Didier Noel Durand; Jacques A Roche
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-01-20
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: US20060292504A1; CA2511875A1; EP1621817A1; EP1621817B1; DE602005012560D1; RU2005122513A; FR2873168B1

Abstract

The engine has an afterburner with an annular fuel injection ramp (34), and a spark plug (42) mounted in the vicinity of the ramp. The afterburner has an ignition injector (48) installed opposite to the plug and having a jet pipe for pulverization of fuel. The injector is connected to a conduit (49) that delivers fuel to the injector from a fuel source, under a controlled pressure independent of the supply conditions of the ramp.

Description

L'invention se rapporte à un turboréacteur comprenant une chambre de post-The invention relates to a turbojet engine comprising a post-combustion chamber

combustion et concerne plus particulièrement un perfectionnement du système d'allumage de ladite post-combustion. combustion and more particularly relates to an improvement of the ignition system of said post-combustion.

La post-combustion est utilisée dans les avions militaires pour augmenter rapidement la poussée du moteur et par conséquent la vitesse de l'avion lorsque les conditions de vol l'exigent. Post-combustion is used in military aircraft to rapidly increase the engine thrust and consequently the speed of the aircraft when flight conditions require it.

Le brevet US 5 396 761 décrit une chambre de post combustion comprenant plusieurs brûleurs s'étendant radialement dont l'un est équipé d'un système d'allumage comprenant une bougie associée à un injecteur. US Patent 5,396,761 describes a post combustion chamber comprising a plurality of radially extending burners, one of which is equipped with an ignition system comprising a candle associated with an injector.

Ce dernier comporte des orifices orientés à l'opposé de la bougie de sorte que l'allumage n'est pas assuré pour toutes les conditions de fonctionnement du réacteur. The latter has orifices oriented away from the spark plug so that ignition is not ensured for all operating conditions of the reactor.

Le brevet US 3 931 707 décrit une chambre de post-combustion équipée d'un anneau brûleur qui comporte une pluralité de buses délivrant du carburant en amont d'une couronne d'aubes fixes où le carburant se mélange à de l'air entrant dans l'anneau par une fente aval. Une bougie permet d'enflammer ce carburant. Cependant, rien ne permet de contrôler la vaporisation du carburant pour que le mélange s'enflamme dans toutes les conditions de vol. L'invention s'applique à un type voisin de chambre de combustion équipée d'un brûleur annulaire et d'une bougie capable d'engendrer des étincelles pour l'allumage de la post combustion. Dans un tel système, l'extrémité de la bougie est placée en regard d'un point d'une rampe annulaire de distribution de carburant. Dans ce type de postcombustion, en effet, en fonction de l'altitude et de la vitesse de l'avion au moment du déclenchement de ladite post combustion, la pression et la température d'injection du carburant dans la rampe peuvent être trop faibles ou trop variables. On ne peut en effet intervenir directement sur la pression d'injection dans la rampe annulaire. Par conséquent, l'allumage est incertain et, parfois, la post combustion ne se déclenche pas, sans qu'on puisse nécessairement incriminer le fonctionnement de la bougie. L'invention permet de résoudre ce problème. US Pat. No. 3,931,707 discloses a post-combustion chamber equipped with a burner ring which comprises a plurality of nozzles delivering fuel upstream of a ring of stationary vanes where the fuel mixes with air entering the the ring by a slot downstream. A candle can ignite this fuel. However, there is nothing to control the vaporization of the fuel so that the mixture ignites under all flight conditions. The invention applies to an adjacent type of combustion chamber equipped with an annular burner and a spark plug capable of generating sparks for the ignition of the post combustion. In such a system, the end of the candle is placed opposite a point of an annular fuel distribution ramp. In this type of afterburner, in fact, depending on the altitude and the speed of the aircraft at the time of triggering said post combustion, the pressure and the fuel injection temperature in the ramp may be too low or too variable. We can not directly intervene on the injection pressure in the annular ramp. Therefore, the ignition is uncertain and sometimes the post combustion does not trigger, without necessarily incriminating the operation of the candle. The invention solves this problem.

Plus particulièrement, l'invention concerne un turboréacteur comprenant une chambre de post-combustion comportant une rampe annulaire d'injection de carburant et une bougie d'allumage montée au voisinage de ladite rampe annulaire, caractérisé en ce qu'un injecteur d'allumage est installé en regard de ladite bougie et est connecté à des moyens d'alimentation de carburant spécifiques aptes à délivrer ledit carburant sous une pression contrôlée indépendante des conditions d'alimentation de ladite rampe annulaire. More particularly, the invention relates to a turbojet comprising a post-combustion chamber comprising an annular fuel injection ramp and a spark plug mounted in the vicinity of said annular ramp, characterized in that an ignition injector is installed opposite said spark plug and is connected to specific fuel supply means capable of delivering said fuel under a controlled pressure independent of the supply conditions of said annular ramp.

Ainsi, l'injecteur d'allumage spécifique alimenté par une source de carburant différente de celle qui alimente le brûleur et venant pulvériser du carburant pendant quelques secondes en regard de la bougie d'allumage, garantit la mise à feu de la post-combustion. Thus, the specific ignition injector fed by a fuel source different from that which feeds the burner and spraying fuel for a few seconds opposite the spark plug, ensures the ignition of the afterburner.

Une fois la post-combustion déclenchée, la source d'alimentation spécifique de l'injecteur d'allumage peut être arrêtée jusqu'au prochain déclenchement de post-combustion. La bougie émet plusieurs étincelles par seconde jusqu'à l'allumage. La période d'allumage dure quelques secondes, par exemple entre trois et dix secondes. Once the post-combustion is triggered, the specific power source of the ignition injector can be stopped until the next post-combustion trigger. The spark plug emits several sparks per second until ignition. The ignition period lasts a few seconds, for example between three and ten seconds.

L'injecteur est pourvu d'une buse spéciale qui vaporise le jet en particules très fines inférieures à cinquante microns. The injector is provided with a special nozzle which vaporizes the jet in very fine particles smaller than fifty microns.

Dans un mode de réalisation où la rampe annulaire est montée dans un anneau brûleur, ledit injecteur fait saillie à l'intérieur de cet anneau, à l'arrière de la bougie. In one embodiment where the annular ramp is mounted in a burner ring, said injector protrudes inside this ring at the back of the candle.

Dans une chambre de post-combustion, on distingue classiquement un flux primaire chaud interne où les gaz délivrés par la turbine s'écoulent et un flux secondaire plus froid, externe, séparé du flux primaire par une virole. Dans le cas où l'anneau brûleur est placé dans le flux primaire chaud, l'injecteur et la bougie sont logés dans un fourreau protecteur fixé à un carter extérieur, communément appelé carter de réchauffe et débouchant dans ledit anneau brûleur. Ce fourreau protecteur isole le système d'allumage dudit flux primaire chaud. En outre, le fourreau protecteur comporte avantageusement des orifices de ventilation communiquant avec le flux secondaire froid. De cette façon, de l'air froid circule en permanence à l'intérieur du fourreau protecteur pour maintenir le système d'allumage à une température acceptable. In a post-combustion chamber, there is a classically distinguished internal hot primary stream where the gases delivered by the turbine flow and a secondary colder external stream separated from the primary stream by a ferrule. In the case where the burner ring is placed in the hot primary flow, the injector and the spark plug are housed in a protective sleeve attached to an outer casing, commonly called a heat sink and opening into said burner ring. This protective sheath isolates the ignition system from said hot primary stream. In addition, the protective sheath advantageously comprises ventilation orifices communicating with the cold secondary flow. In this way, cold air circulates continuously inside the protective sleeve to keep the ignition system at an acceptable temperature.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un turboréacteur à chambre de post-combustion conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une demi-coupe partielle de la partie amont d'une chambre de post-combustion dans laquelle l'anneau brûleur est disposé dans le flux secondaire; - la figure 2 montre schématiquement à plus grande échelle la disposition de l'injecteur aéromécanique et de la bougie d'allumage par rapport à l'anneau brûleur; - la figure 3 est une vue en perspective de l'anneau brûleur, selon la flèche 3 de la figure 2 et montrant la connexion de l'injecteur spécifique - la figure 4 est une vue en perspective selon la flèche 4 de la figure 2 montrant l'anneau brûleur et l'injecteur spécifique; et - la figure 5 est une coupe selon un plan radial de la chambre de post combustion montrant le système d'allumage de l'anneau brûleur lorsque ce dernier est situé dans le flux primaire relativement chaud. The invention will be better understood and other advantages thereof will appear better in the light of the following description of a turbojet engine with afterburner according to its principle, given solely by way of example and made with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a partial half-section of the upstream portion of an afterburner chamber in which the burner ring is disposed in the secondary flow; - Figure 2 shows schematically on a larger scale the arrangement of the aeromechanical injector and the spark plug with respect to the burner ring; FIG. 3 is a perspective view of the burner ring, according to the arrow 3 of FIG. 2 and showing the connection of the specific injector; FIG. 4 is a perspective view along arrow 4 of FIG. the ring burner and the specific injector; and - Figure 5 is a section along a radial plane of the post combustion chamber showing the ignition system of the burner ring when the latter is located in the relatively hot primary stream.

En se reportant aux figures 1 à 4, on a représenté une partie de la chambre de post-combustion 11 d'un turboréacteur 12 située en aval de la turbine (non représentée) dans l'axe X'X de celle-ci. Classiquement, le carter 14 de la chambre de post combustion est raccordé par boulonnage à l'extrémité d'un carter diffuseur 16 encore appelé carter de réchauffe. Referring to Figures 1 to 4, there is shown a portion of the afterburner chamber 11 of a turbojet engine 12 downstream of the turbine (not shown) in the X'X axis thereof. Conventionally, the casing 14 of the post combustion chamber is connected by bolting to the end of a diffuser housing 16, also called a heating cover.

Un carter intérieur d'échappement 18 est raccordé à un cône d'éjection 19 s'étendant axialement dans la partie centrale dudit carter diffuseur 16. An inner exhaust casing 18 is connected to an ejection cone 19 extending axially in the central part of said diffuser housing 16.

Dans l'espace défini entre le carter 18 et le cône 19, d'une part et ledit carter diffuseur 16, d'autre part, se trouve agencée une virole 20 dite "confluence" qui sépare et canalise les flux gazeux primaire F1, intérieur et secondaire F2, extérieur. Le flux primaire F1 des gaz issus de la turbine est à haute température tandis que le flux secondaire F2 provenant du compresseur est à relativement basse température et permet de refroidir les éléments de structure de la chambre de post-combustion. Une chemise interne 22 portée par le carter 14 délimite la chambre de post combustion en aval d'un système de combustion 25 comprenant essentiellement un anneau brûleur 26 et des bras radiaux 27 s'étendant à partir de l'anneau brûleur vers l'intérieur de la chambre de post- combustion jusqu'au voisinage de l'axe X'X de celle-ci. In the space defined between the housing 18 and the cone 19, on the one hand and said diffuser casing 16, on the other hand, is arranged a ferrule 20 called "confluence" which separates and channels the primary gas flow F1, interior and secondary F2, exterior. The primary flow F1 of the gases from the turbine is at high temperature while the secondary flow F2 from the compressor is relatively low temperature and can cool the structural elements of the post-combustion chamber. An inner liner 22 carried by the casing 14 defines the afterburner chamber downstream of a combustion system 25 essentially comprising a burner ring 26 and radial arms 27 extending from the burner ring towards the inside of the combustion chamber. the post-combustion chamber to the vicinity of the axis X'X thereof.

La chemise 22 et le carter 14 définissent entre eux un canal de refroidissement 28, annulaire, s'étendant tout autour de la chambre de post combustion 11. The jacket 22 and the casing 14 define between them an annular cooling channel 28 extending all around the post-combustion chamber 11.

Les bras radiaux 27 sont au nombre de neuf, régulièrement répartis circonférentiellement. Chaque bras a une section en V dont les ailes divergent vers l'arrière et forment deux rampes rectilignes d'éjection de carburant pulvérisé, constituant une structure dite "accroche-flamme". The radial arms 27 are nine in number, regularly distributed circumferentially. Each arm has a V-shaped section whose wings diverge rearwardly and form two rectilinear sprayed fuel ejection ramps, constituting a so-called "flame-holder" structure.

Chaque bras présente dans sa partie radiale la plus extérieure un élément 30 profilé aérodynamiquement, par lequel il est raccordé au carter 16. Cet élément permet de canaliser le flux secondaire, notamment vers le canal de refroidissement annulaire 28. Ces bras, destinés à entretenir la combustion au centre de la chambre de post-combustion sont de conception classique et ne sont pas concernés par l'invention; ils ne seront donc pas décrits plus en détail. Each arm has in its outermost radial part an aerodynamically profiled element 30, through which it is connected to the casing 16. This element makes it possible to channel the secondary flow, in particular towards the annular cooling channel 28. These arms, intended to maintain the combustion in the center of the post-combustion chamber are of conventional design and are not concerned by the invention; they will not be described in more detail.

L'anneau brûleur 26 du système de post-combustion 25 est sensiblement de révolution autour de l'axe X'X; il est porté par les éléments 30. L'anneau brûleur s'ouvre vers l'arrière entre les bras 27 et la chemise interne 22. La partie s'ouvrant vers l'arrière présente une section en V selon un plan radial passant par l'axe X'X. L'anneau brûleur 26 abrite une rampe annulaire d'injection de carburant 34 comprenant un tube de pulvérisation 36 interne, percé d'une pluralité de trous 35 de très faible diamètre et s'étendant à l'intérieur d'un tube protecteur 38 (percé de trous de relativement grand diamètre espacés régulièrement circonférentiellement) formant écran anti-rayonnement pour la protection thermique du tube de pulvérisation. Avantageusement, les trous 35 du tube de pulvérisation 36 coïncident avec les trous du tube protecteur 38. La rampe annulaire 34 s'étend sur pratiquement toute la circonférence de l'anneau brûleur 26. De façon connue, ledit anneau brûleur est alimenté en carburant par un conduit 40 relié à une source d'alimentation principale de carburant, non représenté. The burner ring 26 of the afterburner system 25 is substantially of revolution about the axis X'X; it is carried by the elements 30. The burner ring opens rearwardly between the arms 27 and the inner liner 22. The rearward opening portion has a V-shaped section in a radial plane passing through the X'X axis. The burner ring 26 houses an annular fuel injection ramp 34 comprising an internal spraying tube 36, pierced with a plurality of very small diameter holes 35 and extending inside a protective tube 38 (FIG. pierced with holes of relatively large diameter regularly spaced circumferentially) forming anti-radiation shield for the thermal protection of the spray tube. Advantageously, the holes 35 of the spraying tube 36 coincide with the holes of the protective tube 38. The annular ramp 34 extends over substantially the entire circumference of the burner ring 26. In known manner, said burner ring is supplied with fuel by a conduit 40 connected to a main fuel supply source, not shown.

En un point de l'anneau brûleur 26, une bougie d'allumage 42 est classiquement installée au voisinage de la rampe annulaire de pulvérisation 34. Elle est engagée à coulissement dans un manchon 43 qui comporte une bride 44 coulissant elle-même dans l'espace défini entre la paroi externe de l'anneau brûleur 26 et un cadre 45 soudé à celui-ci, autour du trou par lequel l'extrémité de la bougie pénètre dans ledit anneau brûleur. At a point in the burner ring 26, a spark plug 42 is conventionally installed in the vicinity of the annular spray bar 34. It is slidably engaged in a sleeve 43 which has a flange 44 which is itself sliding in the nozzle. defined space between the outer wall of the burner ring 26 and a frame 45 welded thereto, around the hole through which the end of the candle enters said burner ring.

Selon une caractéristique importante de l'invention, un injecteur d'allumage 48, est installé en regard de ladite bougie 42 et est connecté à des moyens d'alimentation de carburant spécifiques, aptes à délivrer ledit carburant sous une pression contrôlée indépendante des conditions d'alimentation de ladite rampe annulaire. L'injecteur 48 est lui-même dit spécifique puisqu'il est alimenté par une source de carburant spéciale (non représentée) par un conduit particulier 49. According to an important characteristic of the invention, an ignition injector 48 is installed opposite said spark plug 42 and is connected to specific fuel supply means capable of delivering said fuel under controlled pressure independent of the conditions of the fuel. supplying said annular ramp. Injector 48 is itself specific because it is fed by a special fuel source (not shown) by a particular conduit 49.

L'embout de pulvérisation de l'injecteur 48, qui fait saillie dans l'anneau brûleur est engagé à coulissement dans un manchon 47 qui comporte une bride 50 coulissant elle-même dans l'espace défini entre la paroi de l'anneau brûleur (à l'avant de celui-ci) et un cadre 51 soudé à celui-ci autour du trou par lequel ledit embout pénètre dans l'anneau brûleur. The spray nozzle of the injector 48, which protrudes into the burner ring, is slidably engaged in a sleeve 47 which has a flange 50 which itself slides in the space defined between the wall of the burner ring ( at the front thereof) and a frame 51 welded thereto around the hole through which said tip enters the burner ring.

L'injecteur spécifique 48 est ici du type aéromécanique. Il est muni d'une buse de pulvérisation fine du carburant, capable de délivrer des particules de taille inférieure à cinquante microns. L'injecteur est placé de façon que l'extrémité de la bougie 42 (où se produit l'étincelle) se trouve dans le cône de vaporisation 54 de l'injecteur. The specific injector 48 is here of the aeromechanical type. It is equipped with a fine fuel spraying nozzle, capable of delivering particles smaller than fifty microns. The injector is placed so that the end of the spark plug 42 (where the spark occurs) is in the spray cone 54 of the injector.

La figure 5 illustre une variante dans laquelle l'anneau brûleur 26a est disposé dans le flux primaire chaud FI (ce qui dépend de la conception générale du réacteur). Dans ce mode de réalisation, les éléments de structure analogues à ceux précédemment décrits portent les mêmes références numériques. Ils ne seront pas décrits à nouveau. Du fait de l'emplacement de l'anneau brûleur, il est prévu de protéger le système d'allumage (injecteur spécifique 48a et bougie 42a) dans un fourreau protecteur 60 fixé au carter 16 et communiquant avec l'anneau brûleur. Le fourreau 60 traverse donc le flux secondaire F2. Figure 5 illustrates a variant in which the burner ring 26a is disposed in the hot primary flow FI (which depends on the general design of the reactor). In this embodiment, the structural elements similar to those previously described bear the same reference numerals. They will not be described again. Due to the location of the burner ring, it is intended to protect the ignition system (specific injector 48a and candle 42a) in a protective sleeve 60 fixed to the housing 16 and communicating with the burner ring. The sheath 60 thus crosses the secondary flow F2.

En outre, le fourreau protecteur comporte des orifices de ventilation 62 communiquant avec le flux secondaire froid. Ainsi, l'intérieur du fourreau est en permanence traversé par un courant d'air froid. Un écran de protection thermique 64 est également placé entre l'injecteur et l'extrémité de la bougie. Il présente un passage 65 en regard de l'orifice de pulvérisation de l'injecteur spécifique. Un caisson de ventilation annulaire 66 est installé à l'intérieur de l'anneau brûleur 26a. In addition, the protective sheath has ventilation orifices 62 communicating with the cold secondary flow. Thus, the inside of the sheath is constantly traversed by a stream of cold air. A heat shield 64 is also placed between the injector and the end of the spark plug. It has a passage 65 facing the spray orifice of the specific injector. An annular ventilation box 66 is installed inside the burner ring 26a.

Au moment de la mise à feu de la post combustion, le carburant est injecté dans l'anneau brûleur 26 et les bras 27 et, simultanément mais avec des conditions de pression différentes, une petite quantité de carburant supplémentaire est injectée grâce à l'injecteur spécifique 48. Les 2873168 6 étincelles produites par la bougie 42 se créent dans le cône de pulvérisation de l'injecteur, ce qui provoque l'inflammation du carburant injecté par l'injecteur spécifique, puis celle du carburant délivré le long de l'anneau brûleur et des bras. At the time of ignition of the post combustion, the fuel is injected into the burner ring 26 and the arms 27 and, simultaneously but with different pressure conditions, a small amount of additional fuel is injected through the injector Specific 48. The 2873168 6 spark produced by the spark plug 42 are created in the spray cone of the injector, which causes the ignition of the fuel injected by the specific injector, then that of the fuel delivered along the ring. burner and arms.

Claims

Turbeactor comprising an afterburner chamber (11) comprising an annular fuel injection ramp (34) and an ignition plug (42) mounted in the vicinity of said annular ramp, characterized in that an injection nozzle ignition (48) is installed opposite said spark plug and is connected to specific fuel supply means (49) able to deliver said fuel under a controlled pressure independent of the supply conditions of said annular ramp.

2. Turbojet engine according to claim 1, characterized in that said injector (48) is equipped with a fine spray nozzle of said fuel.

3. Turbojet engine according to one of the preceding claims, wherein said annular ramp is mounted in a burner ring (26), characterized in that said injector (48) is mounted in said burner ring (26) and opens inside. of it, in the vicinity of said candle.

4. Turbojet engine according to one of claims 2 or 3, of the type in which said burner ring is disposed in the hot primary flow (F2) of said combustion chamber, characterized in that the injector (48a) and the candle ( 42a) are housed in a protective sheath (60) fixed to an outer casing and opening into said burner ring (26a).

5. Turbojet engine according to claim 4, characterized in that said protective sleeve comprises ventilation orifices (62) communicating with the cold secondary flow of said post combustion chamber.